深海常见腐蚀影响因素有哪些呢?

发布时间:2022-04-13
  海洋环境是一个腐蚀性很强的复杂的灾害环境,各种材料在海洋环境中极易发生劣化破坏。复杂的深海环境更加凸显了水下设施选材及腐蚀控制的重要性。

  那么神秘的深海世界常见腐蚀影响因素有哪些呢?

  1、CO 2/H 2 S因素的影响

  随着海洋工程开发步伐加快,深海工作站、油气勘探等均向地质条件和物理环境更加复杂的区域发展,一些高H 2 S和CO 2含量高含硫地质环境的区域已成为油气勘探的重点,深海用高强度材料的需求量激增,而其失效寿命越来越受到关注。CO 2和H 2 S是油气管道内常见,有害的两种腐蚀管道的物质。

  单纯的潮湿的H 2 S主要导致材料的应力开裂,氢脆等破坏,而单纯的CO 2与水作用主要形成碳酸,在管道上形成析氢作用,可形成Fe 3 O 4或者FeCO 3两种主要腐蚀产物,且两种气体随着pH值的变化导致腐蚀更为严重。两种气体在管道腐蚀过程中存在竞争协同效应,CO 2/H 2 S的分压比决定了腐蚀过程中的控制因素,对管道均会产生严重破坏,所以对这两种酸性气体的监测和控制,有利于管道的长久使用。

  国内外钻井工程中腐蚀研究主要集中在CO 2、H 2 S和CO 2/H 2 S的腐蚀与防护方面,防腐蚀措施主要包括选材、控制钻井液、防腐层、电化学保护等,这些防腐措施都有一定的缺陷。由于应力腐蚀破裂的威胁,许多深海探测用高强度材料不得不全部采用钛合金以满足要求,但由于资源和成本因素,不可能大量采用钛合金。H 2 S对金属的腐蚀主要为硫化氢应力腐蚀(SSC)和氢诱导开裂(HIC),其破坏敏感度是随H 2 S浓度增加而增加,在饱和湿H 2 S中达大值。

  2、阳光的影响

  阳光通常不直接参与材料腐蚀过程,主要通过影响海生物的生长起作用。清澈干净的海水中,用光敏设备可在200m深度探测到阳光。由于吸收和散射引起衰减,20m以下就没有可利用的阳光了,也就是说,那些需要阳光才能生长的海生物在20m以下不能生存。

  同时,没有阳光也就是没有紫外线,那么所有在阳光下不能使用的保护涂层和合成橡胶都可使用。

  3、温度和压力的影响

  温度不仅会直接影响到材料的腐蚀行为,对其他影响腐蚀的因素也有一定的作用,如:温度上升,氧的溶解度会降低,海生物活性增加,钙质水垢更易沉积到金属表面。温度在海面下初300m时下降速度很快,再向下到1000m温度下降速度减小。低于这个深度温度几乎恒定在冰点上下几度范围内。在4000m深水层,不同海洋的温度分布趋于均匀,整个大洋的水温差不过3℃左右。底层的水温主要受南极底层水的影响,其性质极为均匀,约为0℃左右。

  静水压力每下降100m压力增加1MPa。这只是在海水温度、盐度和海水密度不变时成立。实际上在不同海域这些因素变化程度是不同的。如果需要知道某处的确切压力,必须实际测量或根据温度和盐度梯度的详细数据计算。

  4、含氧量的影响

  海水溶氧量范围一般为0-9mL/L。通常表层海水含氧量为饱和或接近饱和;300~1000m深度海水含氧量相对较低;1000m以下海水含氧量增加,一直到海底达到相对较高的水平。中间含氧量相对较低的范围称为小含氧区,这可归因于从海面下沉的腐烂微生物消耗了氧气。

  北太平洋的小含氧区是世界上大的无氧水体。1000m以上含氧量高为0.25L。

  在一些海沟或其他区域,海底海水几乎不含氧而成为还原环境。一些深海区域由于可以得到含氧丰富的海流的补充,例如南极溶化的富含氧的冷水,其含氧量可以达到表层海水的水平。

  5、洋流速度

  通常海洋深层和近海底的洋流要比表面洋流缓慢。根据美海军测试表明,百慕大附近350m深洋流速度为50-60m/s。深海洋流中浮球的不确定漂移表明洋流的方向和速度也是变化较大的。

  6、海生物污损

  试验表明严重海生物污损范围为从海而到180m深处。180~1200m为轻度,1200m以下被认为非常轻微。除上述基本的海水腐蚀因素外,有可能对腐蚀造成影响的其他因素是静态水压、沉降速度、海底沉降物的性质以及厌氧菌产生的硫化氢等。

  深海的腐蚀因素众多,如温度、压力、pH值、化学成分、流速、氯化物、生物环境等等,这些参数都会对材料的腐蚀产生影响。

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